DE102008043235A1

DE102008043235A1 - Gesinterter, mit einem Netzmittel behandelter Anodenpressling zur Verwendung in einem Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE102008043235A1
Application number: DE102008043235A
Authority: DE
Inventors: Hana Breznova; Martin Biler
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2009-07-23
Also published as: GB2456857A; KR20090080905A; JP2009177175A; GB2456857B; CN101494118B; US7760488B2; GB0821005D0; CN101494118A; US20090185941A1

Abstract

Es wird eine Anode für einen Elektrolytkondensator offengelegt, die während der anodischen Oxidation mit einem Netzmittel behandelt wird. Ohne sich durch Theorie einschränken zu wollen, wird angenommen, dass das Netzmittel die Oberflächenspannung eines Elektrolyten senkt, wodurch das Verklumpen der aufgewachsenen Oxide verhindert sowie eine homogenere Ausbildung und eine gleichmäßigere Ausbreitung der dielektrischen Schicht über dem Anodenkörper ermöglicht wird. Die resultierende dielektrische Schicht kann daher eine im Wesentlichen homogene Dicke, glatte Oberfläche und verbesserte Leckstromstabilität aufweisen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Elektrolytkondensatoren werden oft aus Ventilmaterialien geformt, die oxidiert werden können, um eine dielektrische Schicht zu bilden. Typische Ventilmetalle sind Niob und Tantal. In jüngster Zeit sind Kondensatoren entwickelt worden, die eine aus einem elektrisch leitfähigen Oxid von Niob hergestellte Anode sowie ein Dielektrikum aus Niobpentoxid verwenden. Kondensatoren auf Grundlage von Nioboxid haben bedeutende Vorteile gegenüber Tantalkondensatoren. Zum Beispiel ist Nioboxid besser verfügbar und potentiell kostengünstiger zu verarbeiten als Tantal. Nioboxidkondensatoren sind auch stabiler gegen weitere Oxidation und daher weniger anfällig gegenüber thermischem Durchgehen bei Überspannung (oder sonstiger Überlastung) als Tantal oder Niob. Weiter hat Nioboxid eine um mehrere Größenordnungen höhere minimale Zündenergie im Vergleich zu Niob und Tantal. Nioboxidkondensatoren können auch einen einzigartigen hochohmigen Ausfallmechanismus aufweisen, der den Leckstrom auf einen Pegel unterhalb des Punkts des thermischen Durchgehens begrenzt. Die dielektrische Schicht dieser Kondenstoren wird meistens durch Oxidation von Ventilmetallen oder NbO aufgebaut. Die anodische Oxidation bei geeigneter Spannung erzeugt Ventilmetalloxide und kann durch Wasserelektrolyse mit Sauerstoffgeneration erfolgen. Wegen der Hydrophobie der Oxide treten jedoch Probleme auf der Anodenoberfläche auf, die dazu neigt, Wasser abzustoßen und Klumpen zu bilden. Dies kann anodisch aufgewachsene dielektrische Schichten mit inhomogener und rauer Oberfläche verursachen, die zur Instabilität des Leckstroms bei beschleunigter Temperatur- und Spannungsbelastung führt.
Daher besteht zur Zeit Bedarf für eine Anode für Elektrolytkondensatoren, die eine reduzierte Anzahl von Fehlstellen in der dielektrischen Schicht aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Anode für einen Elektrolytkondensator offenbart. Die Methode umfasst das Verdichten eines Pulvers, das eine Ventilmetallzusammensetzung enthält, zu einem Pressling, das Sintern des gepressten Presslings, um einen Anodenkörper zu bilden, sowie das anodische Oxidieren des Anodenkörpers in Gegenwart eines Elektrolyten, um eine dielektrische Schicht zu bilden. Der Elektrolyt enthält ein wässriges Lösungsmittel und ein Netzmittel. Das Netzmittel ist anionisch oder nichtionisch und macht ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% des Elektrolyten aus.
Andere Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und erhellende Darlegung der vorliegenden Erfindung einschließlich deren bester Form, die sich an jemanden mit gewöhnlichem Fachwissen richtet, wird insbesondere im Rest der Spezifikation gegeben, der sich auf die beigefügten Figuren bezieht, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführung eines Elektrolytkondensators der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht des Kondensators von 1 ist;
3 eine schematische Illustration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Laserschweißen eines Kondensators an einen Anodenanschluss ist;
4 eine Schnittansicht eines lasergeschweißten Kondensators ist, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geformt wurde;
5 eine grafische Darstellung der für die Muster von Beispiel 1 erreichten Leckstromstabilität ist;
6 eine grafische Darstellung der für die Muster von Beispiel 2 erreichten Leckstromstabilität ist;
7 eine grafische Darstellung der für die Muster von Beispiel 3 erreichten Leckstromstabilität ist;
8 eine grafische Darstellung der für die Muster von Beispiel 4 erreichten Leckstromstabilität ist;
9 eine grafische Darstellung der für die Muster von Beispiel 5 erreichten Leckstromstabilität ist;
Der wiederholte Gebrauch von Referenzzeichen in der vorliegenden Spezifikation und den Zeichnungen soll dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung darstellen.
Detaillierte Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen
Es ist von jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen zu verstehen, dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und nicht als Beschränkung der breiteren Aspekte der vorlie genden Erfindung gedacht ist. Diese breiteren Aspekte sind im beispielhaften Aufbau enthalten.
Allgemein ausgedrückt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anode für einen Elektrolytkondensator, die während der anodischen Oxidation mit einem Netzmittel behandelt wird. Ohne sich durch Theorie einschränken zu wollen, wird angenommen, dass das Netzmittel die Oberflächenspannung eines Elektrolyten senkt, wodurch das Verklumpen der aufgewachsenen Oxide verhindert sowie eine homogenere Ausbildung und eine gleichmäßigere Ausbreitung der dielektrischen Schicht über dem Anodenkörper ermöglicht wird. Die resultierende dielektrische Schicht kann daher eine im wesentlichen homogene Dicke, glatte Oberfläche und verbesserte Leckstromstabilität aufweisen.
Das Netzmittel der vorliegenden Erfindung kann ionischer oder nichtionischer Natur sein. Zum Beispiel können in der vorliegenden Erfindung anionische Netzmittel verwendet werden, wie etwa Alkylsulfate, Alkylarylsulfate, Alkylethersulfate, Alkylethersulfonate, Alkylsulfonsäuren, Sulfatester eines Alkylphenoxy-polyoxyethylen-Ethanols, α-Olefinsulfonate, β-Alkoxyalkansulfonate, Alkylaurylsulfonate, Alkylmonoglyceridsulfate, Alkylmonoglyceridsulfonate, Alkylcarbonate, Alkylethercarboxylate, Fettsäuren, Sulfonsäuren, Sulfosuccinate, Sarcosinate, Octoxynol- oder Nonoxynolphosphate, Taurate, Fetttauride, Fettsäureamid-Polyoxyethylensulfate, Isethionate, Derivate und/oder Salze davon sowie Mischungen der genannten Stoffe. Besondere Beispiele anionischer Netzmittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf C₈-C₁₈-Alkylsulfate, C₈-C₁₈-Fettsäuresalze, C₈-C₁₈-Alkylethersulfate mit einem oder zwei Mol Ethoxylierung, C₈-C₁₈-Alkaminoxide, C₈-C₁₈-Alkoylsarcosinate, C₈-C₁₈-Sulfoacetate, C₈-C₁₈-Sulfosuccinate, C₈-C₁₈-Alkyldiphenyloxiddisulfonate, C₈-C₁₈-Alkylcarbonate, C₈-C₁₈-alpha-Olefinsulfonate, Methylestersulfonate sowie Mischungen davon. Die C₈-C₁₈-Alkylgruppe kann eine lineare Kette (z. B., Lauryl) oder verzweigt sein (z. B., 2-Ethylhexyl). Das Kation des anionischen Netzmittels kann ein Proton, Alkalimetall (z. B. Natrium oder Kalium), Ammonium, C₁-C₄-Alkylammonium (z. B. Mono-, Di-, Tri-), oder C₁-C₃-Alkanolammonium (z. B. Mono-, Di-, Tri-) sein. Genauer gesagt, können solche anionische Netzmittel umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Laurylsulfate, Octylsulfate, 2-Ethylhexylsulfate, Lauramineoxid, Decylsulfate, Tridecylsulfate, Cocoate, Lauroylsarcosinate, Laurylsulfosuccinate, lineare C₁₀-Diphenyloxiddisulfonate, Laurylsulfosuccinate, Laurylethersulfate (1 und 2 Mol Ethylenoxid), Myristylsulfate, Oleate, Stearate, Tallate, Ricinoleate, Cetylsulfate und ähnliche Netzmittel.
In einigen Fällen werden für die angemessene anodische Oxidation Leitfähigkeits- und/oder Trägerelektrolyte verwendet. In solchen Fällen kann es gewünscht sein, dass das Netzmittel nichtionischer Natur ist, um den Einfluss des Netzmittels auf die Ladung des Elektrolyten zu minimieren. Beispiele geeigneter nichtionischer Netzmittel umfassen ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte und propoxylierte Fettalkohole, Ethylenoxid-Propylenoxid-Block-Copolymere, ethoxylierte Ester von (C₈-C₁₈)-Fettsäuren, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit langen Kettenaminen oder -amiden, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit Alkoholen, Acetylendiolen und Mischungen davon. Verschiedene besondere Beispiele geeigneter nichtionischer Netzmittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Methyl Gluceth-10, PEG-20 Methylglucosedistearat, PEG-20 Methylglucosesesquistearat, C_11-15 Pareth-20, Ceteth-8, Ceteth-12, Dodoxynol-12, Laureth-15, PEG-20 Rizinusöl, Polysorbet 20, Steareth-20, Polyoxyethylen-10-Cetylether, Polyoxyethylen-10-Stearylether, Polyoxyethylen-20-Cetylether, Polyoxyethylen-10-Oleylether, Polyoxyethylen-20-Oleylether, ein ethoxyliertes Nonylphenol, ethoxyliertes Octylphenol, ethoxyliertes Dodecylphenol oder ethoxylierter (C₆-C₂₂)-Fettalkohol, einschließlich 3 bis 20 Ethylenoxideresten, Polyoxyethylen-20-Isohexadecylether, Polyoxyethylen-23-Glycerollaurat, Polyoxyethylen-20 Glycerylstearat, PPG-10-Methyiglucoseether, PPG-20-Methylglucoseether, Polyoxyethylen-20-Sorbitan-Monoester, Polyoxyethylene-80-Rizinusöl, Polyoxyethylen-15-Tridecylether, Polyoxyethylen-6-Tridecylether, Laureth-2, Laureth-3, Laureth-4, PEG-3-Rizinusöl, PEG 600-Dioleat, PEG 400-Dioleat und Mischungen davon. Handelsübliche nichtionische Netzmittel können die Reihe SURFYNOL^® von Acetylendiol-Netzmitteln umfassen, die von Air Products and Chemicals aus Allentown, Pennsylvania erhältlich sind, die Reihe TWEEN^® von Polyoxyethylen-Netzmitteln, die von Fisher Scientific aus Pittsburgh, Pennsylvania erhältlich sind, sowie die Reihe TRITON^® von Polyoxyethylen-Netzmitteln (z. B. TRITON^® X-100, Polyoxyethylen-10-Isooctylcyclohexylether), die von Sigma-Aldrich Chemical Co. aus St. Louis, Missouri erhältlich sind.
Auch polymere nichtionische Netzmittel, die im Elektrolyten löslich sind, können in einigen Ausführungen benutzt werden. Beispiele solcher Polymere umfassen Natrium-, Kalium- und Calcium-Alginate, Carboxymethylcellulose, Agar, Gelatine, Polyvinylalkohol, Collagen, Pectin, Chitin, Chitosan, Poly(α-aminosäuren), Polyester, Poly-1-caprolacton, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyether, Polysaccharid, Polyurethan, Polyhydroxyacrylat, Polymethacrylat, Dextran, Xanthan, Hydroxypropylcellulose, Methylcellulose sowie Homopolymere und Copolymere von N-Vinylpyrrolidon, N-Vinyllactam, N-Vinylbutyrolactam, N-Vinylcaprolactam, anderen Vinylverbindungen mit polaren anhängigen Gruppen, Acrylat und Methacrylat mit hydrophilen Veresterungsgruppen, Hydroxyacrylat, Acrylsäure und Kombinationen davon.
Die Anode wird im Allgemeinen aus einem Pulver geformt, das eine hohe spezifische Ladung von ungefähr 25 000 Mikrofarad·Volt pro Gramm („μF·V/g") oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 40 000 μF·V/g oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 60 000 μF·V/g oder mehr und in manchen Ausführungen ungefähr 80 000 μF·V/g bis ungefähr 200 000 μF·V/g oder mehr hat. Das Pulver enthält eine Ventilmetallzusammensetzung, die ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das oxidiert werden kann) oder eine auf einem Ventilmetall basierende Verbindung, wie z. B. Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon und so weiter umfasst. Zum Beispiel kann die Ventilmetallzusammensetzung ein elektrisch leitfähiges Oxid von Niob, wie etwa Nioboxid, enthalten, das ein Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 1,0, in einigen Ausführungen 1:1,0 ± 0,3, in einigen Ausführungen 1:1,0 ± 0,1 und in einigen Ausführungen 1:1,0 ± 0,05 besitzt. Zum Beispiel kann das Nioboxid NbO_0.7, NbO_1.0, NbO_1.1 und NbO₂ sein. In einer bevorzugten Ausführung enthält die Zusammensetzung NbO_1.0, ein leitfähiges Nioboxid, das selbst nach dem Sintern bei hohen Temperaturen chemisch stabil bleiben kann. Beispiele für solche Ventilmetalloxide sind in den US-Patenten Nr. 6,322,912 von Fife; 6,391,275 von Fife et al.; 6,416,730 von Fife et al.; 6,527,937 von Fife; 6,576,099 von Kimmel et al.; 6,592,740 von Fife et al.; 6,639,787 von Kimmel et al. und 7,220,397 von Kimmel et al. beschrieben, sowie den US-Patentanmeldungen Nr. 2005/0019581 von Schnitter; 2005/0103638 von Schnitter et al. und 2005/0013765 von Thomas et al., die hier in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen werden.
Die zum Bilden des Pulvers benutzten Teilchen können jede gewünschte Form und Größe besitzen. Zum Beispiel können die Teilchen flockig, kantig, knollenförmig und Mischungen oder Abwandlungen davon sein. Die Teilchen weisen auch typischerweise eine Siebgrößenverteilung von mindestens etwa 60 mesh (Korngröße ca. 0,27 mm), in einigen Ausführungen von etwa 60 (ca. 0,27 mm) bis etwa 325 mesh (ca. 0,05 mm) und in einigen Ausführungen von etwa 100 (ca. 0,16 mm) bis etwa 200 mesh (ca. 0,08 mm) auf. Weiter beträgt die spezifische Oberfläche etwa 0,1 bis etwa 10,0 m²/g, in einigen Ausführungen etwa 0,5 bis etwa 5,0 m²/g und in einigen Ausführungen etwa 1,0 bis etwa 2,0 m²/g. Der Begriff „spezifische Oberfläche" bezieht sich auf die Oberfläche, die mit der Methode der physikalischen Gasadsorption (B.E.T.) nach Braunquer, Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60, 1938, p. 309, mit Stickstoff als Adsorptionsgas bestimmt wird. Ebenso liegt die sich ergebende Massendichte (oder Scott-Dichte) zwischen etwa 0,1 und etwa 5,0 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³), in einigen Ausführungen zwischen etwa 0,2 und etwa 2,5 g/cm³, und in einigen Ausführungen zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 g/cm³.
Zur Erleichterung der Ausbildung der Anode können den elektrisch leitfähigen Teilchen andere Bestandteile zugefügt werden. Zum Beispiel können die Teilchen wahlfrei mit einem Bindemittel und/oder Gleitmittel vermischt werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend aneinander haften, wenn sie zum Ausbilden des Anodenkörpers gepresst werden. Geeignete Bindemittel sind Kampfer, Stearin- und andere seifige Fettsäuren, Carbowax (Union Carbide), Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole, Naphthalin, Pflanzenwachs und Mikrowachse (aufgereinigte Paraffine). Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und verteilt werden. Zu beispielhaften Lösungsmitteln können Wasser, Alkohole und so weiter gehören. Wenn sie eingesetzt werden, kann der Prozentsatz der Binde- und/oder Gleitmittel von ungefähr 0,1% bis ungefähr 8% des Gewichts der Gesamtmasse variieren. Es sollte jedoch verstanden werden, dass in der vorliegenden Erfindung Binde- und Gleitmittel nicht erforderlich sind.
Nach seiner Herstellung wird das resultierende Pulver mit einer beliebigen herkömmlichen Pulver-Pressform verdichtet. Zum Beispiel kann die Pressform eine Verdichtungs-Presse mit einer Station sein, bei der eine Pressform und ein oder mehrere Stempel benutzt werden. Alternativ dazu können Verdichtungs-Pressformen vom Amboss-Typ benutzt werden, bei denen nur eine Pressform und ein einziger Unterstempel benutzt werden. Verdichtungspressen mit Einzelstation stehen in verschiedenen Grundtypen zur Verfügung, wie z. B. Nocken-, Kniehebelpressen und Exzenter-/Kurbelpressen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, gleitender Pressform, beweglicher Platte, entgegenwirkendem Kolben, Schrauben-, Schlag-, Heißpressen, Prägen oder Maßprägen. Das Pulver kann um einen Anodendraht verdichtet werden (z. B. einen Tantal-Draht). Es muss weiterhin erkannt werden, dass der Anodendraht alternativ dazu nach dem Pressen und/oder Sintern des Anodekörpers am Anodenkörper befestigt (z. B. angeschweißt) werden kann. Nach dem Pressen können alle Binde-/Gleitmittel entfernt werden, indem der Pressling im Vakuum mehrere Minuten auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird (z. B. von ungefähr 150°C auf ungefähr 500°C). Alternativ können die Binde-/Gleitmittel auch entfernt werden, indem der Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, zum Beispiel wie in dem Bishop et al. erteilten US-Patent Nr. 6,197,252 , das hier für alle Zwecke in seiner Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen wird. Danach wird der Pressling gesintert, um eine poröse Gesamtmasse zu bilden. Zum Beispiel kann in einer Ausführung der Pressling bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C bis ungefähr 2000°C im Vakuum und in einigen Ausführungen von ungefähr 1500°C bis ungefähr 1800°C gesintert werden. Beim Sintern schrumpft der Pressling, weil Bindungen zwischen den Teilchen wachsen. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Techniken kann jedes andere Verfahren zum Ausbilden des Anodenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie z. B. in dem US-Patent 4,085,435 an Galvagni, 4,945,452 an Sturmer et al., 5,198,968 an Galvagni, 5,357,399 an Salisbury, 5,394,295 an Galvagni et al., 5,495,386 an Kulkarni und 6,322,912 an Fife beschrieben, die hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen werden.
Obwohl nicht erforderlich, kann die Dicke der Anode gewählt werden, um die elektrische Leistung des Kondensators zu verbessern. Zum Beispiel kann die Dicke der Anode ungefähr 4 Millimeter oder weniger betragen, in manchen Ausführungen ungefähr 0,2 bis ungefähr 3 Millimeter und in manchen Ausführungen ungefähr 0,4 bis ungefähr 1 Millimeter. Auch die Form der Anode kann gewählt werden, um die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators zu verbessern. Zum Beispiel kann die Anode eine Form haben, die bogenförmig, sinusförmig, rechteckig, U-förmig, V-förmig, usw. ist. Die Anode kann auch eine „gerillte" Form haben, die eine oder mehrere Rillen, Fugen, Furchen oder Einbuchtungen enthält, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erhöhen und dadurch den ESR zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität zu erweitern. Solche „gerillten" Anoden werden zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,191,936 von Webber et al., 5,949,639 von Maeda et al. und 3,345,545 von Bourgault et al., sowie in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2005/0270725 von Hahn et al. beschrieben, die hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen werden.
Nach der Formung kann die Anode anodisch oxidiert werden, sodass eine dielektrische Schicht über und/oder innerhalb der Anode gebildet wird. Anodisches Oxidieren ist ein elektrochemischer Prozess, mit dem die Anode oxidiert wird, um ein Material zu bilden, das eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante hat. Zum Beispiel kann eine Anode aus Niobiumoxid (NbO) anodisch oxidiert werden, um Niobiumpentoxid (Nb₂O₅) zu bilden. Typischerweise wird das anodische Oxidieren durchgeführt, indem anfänglich ein Elektrolyt an die Anode gebracht wird, wie etwa durch Tauchen der Anode in den Elektrolyten. Der Elektrolyt liegt im Allgemeinen in Form einer Flüssigkeit, wie einer Lösung (z. B. wässrig oder nicht-wässrig), einer Dispersion einer Schmelze usw. vor. Im Allgemeinen wird im Elektrolyten ein Lösungsmittel verwendet, wie etwa Wasser (z. B. entionisiertes Wasser), Ether (z. B. Diethylether und Tetrahydrofuran), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, N-Propanol, Isopropanol und Butanol), Triglyceride, Ketone (z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon), Ester (z. B. Ethylacetat, Butylacetat, Diethylen-Glycoletheracetat und Methoxypropylacetat), Amide (z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylcapryl-/caprin-Fettsäureamid und N-Alkylpyrrolidone), Nitrile (z. B. Acetonitril, Propionitril, Butyronitril und Benzonitril), Sulfoxide oder Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxide (DMSO) und Sulfolan) und so weiter. Das Lösungsmittel kann zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 99,9 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 20 Gew.-% und etwa 99 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 40 Gew.-% und etwa 95 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen. Obwohl nicht unbedingt erforderlich, ist die Verwendung eines wässrigen Lösungsmittels (z. B. Wasser) oft erwünscht, um die Bildung eines Oxids zu erleichtern. Tatsächlich kann Wasser ungefähr 1 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen ungefähr 10 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen ungefähr 50 Gew.-%, oder mehr in einigen Ausführungsformen ungefähr 70 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen ungefähr 90 Gew.-% bis 100 Gew.-% der (des) im Elektrolyten verwendeten Lösungsmittels) ausmachen.
Der Elektrolyt ist elektrisch leitfähig und kann eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 1 Millisiemens pro Zentimeter („mS/cm") oder mehr haben, in einigen Ausführungsformen ungefähr 30 mS/cm oder mehr und in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr 40 mS/cm und ungefähr 100 mS/cm, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C. Um die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten zu erhöhen, kann ein Trägerelektrolyt verwendet werden. Für diesen Zweck geeignete ionische Verbindungen können zum Beispiel sein: Säuren, wie Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Borsäure, Boronsäure usw., organische Säuren, darunter Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Salicylsäure, Sulfosalicylsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Apfelsäure, Ölsäure, Gallussäure, Weinsäure, Zitronensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Glycolsäure, Oxalsäure, Propionsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Glutarsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Itaconsäure, Trifluoressigsäure, Barbitursäure, Zimtsäure, Benzoesäure, 4-Hydroxybenzoesäure, Aminobenzoesäure usw., Sulfonsäuren, wie Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Styrolsulfonsäure, Naphthalindisulfonsäure, Phenolsulfonsäure, Dodecylsulfonsäure, Phenyldodekansulfonsäure usw., polymere Säuren, wie Poly-Acryl- oder Poly-Methacrylsäure und deren Copolymere (z. B. Malein-Acryl-, Sulfon-Acryl- und Styrol-Acryl-Copolymere), Carageensäure, Carboxymethylcellulose, Alginsäure usw. Die Konzentration ionischer Verbindungen wird so gewählt, dass die gewünschte elektrische Leitfähigkeit erreicht wird. Zum Beispiel kann eine Säure (z. B. Phosphorsäure) zwischen ungefähr 0,01 Gew.-% und ungefähr 50 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr 0,05 Gew.-% und ungefähr 20 Gew.-% und in einigen Ausführungs formen zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 10 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen. Bei Bedarf können im Elektrolyten auch Mischungen von ionischen Verbindungen verwendet werden.
Das Netzmittel der vorliegenden Erfindung ist auch im Elektrolyten vorhanden, um sicherzustellen, dass es in der Lage ist, dessen Oberflächenspannung ausreichend zu reduzieren und dadurch die Homogenität der resultierenden dielektrischen Schicht zu verbessern. Wenn es im Elektrolyten enthalten ist, ist das Netzmittel typischerweise in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 20 Gew.-%, in einigen Ausführungen ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% und in einigen Ausführungen ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Gew.-% des Elektrolyten vorhanden. Natürlich versteht sich, dass auch andere Techniken zur Oxidierung verwendet werden können, um die dielektrische Schicht zu erzeugen.
Ein Strom wird durch den Elektrolyten geschickt, um die dielektrische Schicht zu bilden. Der Spannungswert steuert die durchfließende Ladung (Strom, multipliziert mit der Zeit) und dadurch die Dicke der dielektrischen Schicht. Die Stromversorgung kann zum Beispiel anfangs auf einen galvanostatischen Modus eingestellt werden, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach wird die Stromversorgung auf einen potentiostatischen Modus umgeschaltet, um sicherzustellen, dass sich die gewünschte Dicke des Dielektrikums auf der Oberfläche der Anode bildet. Natürlich können auch andere bekannte Methoden verwendet werden, wie etwa Pulsmethoden. Die Spannung liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis ungefähr 200 Volt und in einigen Ausführungen von etwa 9 bis ungefähr 100 Volt. Während der anodischen Oxidation kann der Elektrolyt auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wie etwa 30°C oder mehr, in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 40°C und etwa 200°C und in manchen Ausführungsformen zwischen etwa 50°C und etwa 100°C. Die anodische Oxidation kann auch bei Zimmertemperatur oder darunter erfolgen. Die resultierende dielektrische Schicht kann auf einer Oberfläche der Anode und/oder in ihren Poren synthetisiert werden.
Wenn die dielektrische Schicht ausgebildet ist, kann optional eine Schutzschicht aufgebracht werden, wie z. B. aus einem relativ isolierenden Kunstharz-Material (natürlich oder synthetisch). Dieses Material kann einen spezifischen Widerstand von mehr als ungefähr 0,05 Ohm·cm, in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 5 Ohm·cm, in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1000 Ohm·cm, in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1 × 10⁵ Ohm·cm, und in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1 × 10¹⁰ Ohm·cm haben. Einige harzartigen Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Polyurethan, Polystyrol, Ester von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren (z. B. Glyceride) und so weiter ein. Geeignete Ester von Fettsäuren sind zum Beispiel Ester der Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Elaeostearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Aleuritinsäure, Shellolsäure und so weiter, sind aber nicht darauf beschränkt. Es hat sich herausgestellt, dass diese Fettsäureester besonders nützlich sind, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen verwendet werden, um ein „Trocknungs-Öl" zu bilden, das es erlaubt, den resultierenden Film schnell zu einer stabilen Schicht zu polymerisieren. Solche Trocknungs-Öle können Mono-, Di- und/oder Tri-Glyceride enthalten, die ein Glycerol-Gerüst mit einem, zwei, bzw. drei Fettsäure-Resten haben, die verestert sind. Einige geeignete Trocknungs-Öle, die benutzt werden können, sind zum Beispiel Olivenöl, Leinöl, Rizinusöl, Tungöl, Sojaöl und Schellack, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese und andere Schutzschicht-Materialien werden detaillierter in dem Fife, et al. erteilten US-Patent Nr. 6,674,635 beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird.
Das anodisch oxidierte Teil wird anschließend einem Schritt zur Herstellung von Katoden gemäß herkömmlicher Verfahren ausgesetzt. In einigen Ausfüh rungsformen wird zum Beispiel die Katode durch verschiedene Techniken ausgebildet, wie etwa pyrolytische Zerlegung von Magannitrat (Mn(NO₃)₂), um eine Katode aus Mangandioxid (MnO₂) herzustellen. Solche Verfahren werden zum Beispiel im Sturmer, et al. erteilten US-Patent Nr. 4,945,452 beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird. Alternativ kann eine Beschichtung aus einem leitfähigen Polymer verwendet werden, um die Katode des Kondensators auszubilden. Die Beschichtung aus leitfähigem Polymer kann ein oder mehrere Polyheterocyclen enthalten (z. B. Polypyrrole, Polythiophene, Poly(3,4-Ethylendioxid-Thiophen (PEDT), Polyaniline), Polyacetylene, Poly-p-Phenylene, Polyphenolate und deren Derivate. Darüber hinaus kann, falls gewünscht, die Beschichtung aus leitfähigem Polymer auch aus mehreren leitfähigen Polymer-Schichten ausgebildet werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die leitfähige Polymerbeschichtung eine aus PEDT geformte Schicht und eine weitere, aus einem Polypyrrol geformte Schicht enthalten. Es können verschiedene Verfahren angewendet werden, um die Beschichtung aus leitfähigem Polymer auf den Anodenteil aufzubringen. Zum Beispiel können herkömmliche Verfahren, wie Elektropolymerisation, Siebdruck, Eintauchen, Elektrotauchbeschichtung und Spritzen verwendet werden, um eine Beschichtung aus leitfähigem Polymer auszubilden. In einer Ausführung können zum Beispiel die Monomere, die zum Ausbilden des leitfähigen Polymers (z. B. 3,4-Ethylen-Dioxythiophen) verwendet werden, anfangs mit einem Polymerisations-Katalysator gemischt werden, um eine Lösung zu bilden. Ein geeigneter Polymerisations-Katalysator ist zum Beispiel BAYTRON C, wobei es sich um Eisen-III-Toluol-Sulfonat handelt, das von H. C. Starck vertrieben wird. BAYTRON C ist ein im Handel verfügbarer Katalysator für BAYTRON M, bei welchem es sich um 3,4-Ethylendioxythiophen handelt, ein PEDT-Monomer, welches ebenfalls von H. C. Starck vertrieben wird. Sobald eine Katalysatordispersion ausgebildet wurde, kann das Anodenteil dann in die Dispersion getaucht werden, so dass sich das leitfähige Polymer auf der Oberfläche des Anodenteils ausbildet. Alternativ dazu können Katalysator und Monomer(e) auch separat auf das Anodenteil aufgetragen werden. In einer Ausführung kann der Katalysator zum Beispiel in einem Lösungsmittel (z. B. Butanol) gelöst werden und dann als Tauchlösung auf das Anodenteil aufgebracht werden. Das Anodenteil kann dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel davon zu entfernen. Danach kann das Anodenteil in eine Lösung getaucht werden, die das geeignete Monomer enthält. Sobald das Monomer in Kontakt mit der Oberfläche des Anodenteils kommt, die den Katalysator enthält, polymerisiert es chemisch darauf. Zusätzlich kann der Katalysator (z. B. BAYTRON C) auch mit den Materialien gemischt werden, die zur Ausbildung der optionalen Schutzschicht benutzt werden (z. B. harzartige Materialien). In solchen Fällen kann das Anodenteil danach in eine Lösung getaucht werden, die das Monomer (BAYTRON M) enthält. Als Folge davon kann das Monomer den Katalysator in und/oder auf der Oberfläche der Schutzschicht kontaktieren und damit reagieren, um die das leitfähige Polymer enthaltende Beschichtung auszubilden. Obwohl oben verschiedene Verfahren beschrieben worden sind, versteht es sich, dass jedes andere Verfahren zum Aufbringen der leitfähigen Beschichtung(en) auf dem Anodenteil in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Zum Beispiel werden andere Verfahren zum Aufbringen solcher leitfähigen Polymerbeschichtung(en) in den US-Patenten 5,457,862 von Sakata et al., 5,473,503 von Sakata et al., 5,729,428 von Sakata et al. und 5,812,367 von Kudoh et al. beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen werden.
In den meisten Ausführungen wird das leitfähige Polymer nach dem Aufbringen ausgeheilt. Die Ausheilung kann nach jedem Aufbringen einer Schicht aus leitfähigem Polymer erfolgen, oder sie kann nach dem Aufbringen der gesamten Beschichtung mit leitfähigem Polymer erfolgen. In einigen Ausführungen kann das leitfähige Polymer zum Beispiel durch Tauchen des Presslings in eine Elektrolytlösung, wie etwa eine Lösung von Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure, und anschließendes Anlegen einer konstanten Spannung an die Lösung bis zum Absinken des Stroms auf einen vorgewählten Pegel ausgeheilt werden. Bei Bedarf kann dieses Ausheilen in mehreren Schritten erfolgen. In einer Ausführung wird zum Beispiel der Pressling, der eine leitfähige Polymerbeschichtung hat, zuerst in Phosphorsäure getaucht und ungefähr 20 Volt daran angelegt, und anschließend wird er in Schwefelsäure getaucht und ungefähr 2 Volt daran angelegt. In dieser Ausführungsform kann die Verwendung der zweiten Niederspannungs-Schwefelsäure- oder -Toluolsulfonsäurelösung die Erhöhung der Kapazität und die Reduzierung des Verlustfaktors des resultierenden Kondensators unterstützen. Nach Aufbringen einer oder aller der oben beschriebenen Schichten kann der Pressling dann bei Bedarf gewaschen werden, um verschiedene Nebenprodukte, überschüssigen Katalysator und so weiter zu entfernen. Weiterhin kann in manchen Fällen nach einigen oder allen oben beschriebenen Tauchschritten eine Trocknung angewendet werden. Zum Beispiel kann das Trocknen nach Aufbringen des Katalysators und/oder nach dem Waschen des Presslings erwünscht sein, um die Poren des Presslings zu öffnen, damit er während nachfolgender Tauchschritte eine Flüssigkeit aufnehmen kann.
Wenn die Katode ausgebildet ist, kann auf dem Teil optional eine Kohlenstoffbeschichtung (z. B. Graphit) bzw. eine Silberschicht aufgebracht werden. Die Silberbeschichtung kann zum Beispiel als lötbarer Leiter, Kontaktschicht und/oder Ladungskollektor für das Kondensatorelement dienen, und die Kohlenstoffbeschichtung kann den Kontakt der Silberbeschichtung mit dem festen Elektrolyten einschränken. Diese Beschichtungen können den festen Elektrolyten teilweise oder ganz bedecken.
Das resultierende Kondensatorelement kann dann mit Methoden, die in der Technik bekannt sind, mit Anschlüssen versehen werden. Unter Bezugnahme auf 1–2 wird zum Beispiel eine Ausführung eines Kondensatorelements 30 gezeigt, das eine allgemein rechteckige Form hat und eine Vorderfläche 36, eine Rückfläche 38, eine obere bzw. untere Fläche 37 und 39 sowie Seitenflächen 32 (von denen nur eine dargestellt ist) besitzt. Ein Anodendraht 34 erstreckt sich von der Vorderfläche 36 des Kondensatorelements 30 in Längsrichtung („y"-Richtung). Wie weiter in 2 gezeigt wird, besitzt das Kondensatorelement 30 einen Anodenkörper 50, eine dielektrische Schicht 52, die auf dem Anodenkörper 50 aufliegt, eine Schicht aus einem festen Elektrolyten 54, die auf der dielektrischen Schicht 52 aufliegt, eine Graphitschicht 56, die auf der Schicht des organischen Festelektrolyten 54 aufliegt, und eine Silberschicht 58, die auf der Graphitschicht 56 aufliegt. Es versteht sich natürlich, dass solche Schichten auf jeder beliebigen Fläche des Kondensators aufgebracht werden können und nicht auf die dargestellte Weise aufgebracht zu werden brauchen.
Nach Formierung des Kondensatorelements 30 können Anoden- und Katoden-Anschlussleitungen elektrisch mit dem Anodendraht 34 bzw. der Schicht des festen Elektrolyten 54 (über die Graphit- bzw. Silberschichten) verbunden werden. Die spezifische Konfiguration der Anschlüsse kann variieren, wie in der Technik wohl bekannt ist. Mit Bezug auf 3 ist zum Beispiel eine Ausführung gezeigt, die einen Anoden-Anschluss 70 und einen Katoden-Anschluss 80 enthält. In dieser besonderen Ausführung enthält der Katodenanschluss einen ersten Bereich 82, der im Wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Bereich 84 angeordnet ist. Der erste Bereich 82 steht im elektrischen Kontakt zur unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 30, und der zweite Bereich 84 steht im elektrischen Kontakt mit der hinteren Fläche 38 des Kondensatorelements 30. Um das Kondensatorelement 30 am Katodenanschluss 80 zu befestigen, kann ein leitfähiger Kleber verwendet werden, wie in der Technik bekannt ist. Der leitfähige Kleber kann zum Beispiel leitfähige Metallteilchen enthalten, die in einer Kunstharz-Mischung eingebettet sind. Die Metallteilchen können Silber, Kupfer, Gold, Platin, Nickel, Zink, Wismut, usw. sein. Die Kunstharzmischung kann ein Duroplast-Kunstharz (z. B. Epoxydharz), einen Härter (z. B. Säureanhydrid) und ein Kopplungsmittel (z. B. Silan-Kopplungsmittel) enthalten. Geeignete leitfähige Kleber sind in der US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung mit der Publikations-Nummer 2006/0038304 an Osako et al. beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird.
Der Anodenanschluss 70 enthält einen ersten Bereich 76, der im Wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Bereich 74 angeordnet ist. Der zweite Bereich 74 enthält einen Teilbereich, der den Anodendraht 34 trägt. In der dargestellten Ausführung besitzt der Bereich 51 eine „U-Form", um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität des Drahtes 34 weiter zu verbessern. Der Anodendraht 34 wird dann mit einem Laser 90 an den Bereich 51 geschweißt. Wenn das Kondensatorelement an den Anschlüssen befestigt ist, wird es mit einem Kunstharz-Gehäuse umhüllt, das dann mit einem Silica enthaltenden Kunstharz oder jedem anderen bekannten Vergussmaterial gefüllt werden kann. Die Breite und Länge des Gehäuses kann abhängig von der beabsichtigten Anwendung unterschiedlich sein. Die Gesamtdicke des Gehäuses ist jedoch typischerweise klein, so dass das resultierende Bauteil einfach in Produkten mit einer geringen Bauhöhe untergebracht werden kann (z. B. in „IC-Karten"). Zum Beispiel kann die Dicke des Gehäuses im Bereich von ungefähr 4,0 Millimetern oder weniger liegen, in manchen Ausführungen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 2,5 Millimetern, und in manchen Ausführungen von ungefähr 0,15 bis ungefähr 2,0 Millimetern. Geeignete Gehäuse sind zum Beispiel die Gehäuse „A", „B", „H" oder „T" (AVX Corporation). Unter Bezugnahme auf 4 ist zum Beispiel eine besondere Ausführung eines solchen Einkapselungs-Gehäuses für ein Kondensatoranordnung 100 als Element 88 gezeigt. Das umhüllende Gehäuse 88 bietet einen zusätzlichen strukturellen und thermischen Schutz für die Kondensatoranordnung 100. Nach der Einkapselung können die herausstehenden Bereiche der Anoden- bzw. Katoden-Anschlüsse gealtert, überprüft und zugeschnitten werden. Bei Bedarf können die herausstehenden Bereiche optional zweimal entlang der Außenseite des Gehäuses 88 gebogen werden (z. B. in einem Winkel von ungefähr 90°).
Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann ein Kondensator ausgebildet werden, der ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel hat der Kondensator nach der vorliegenden Erfindung typischerweise einen ESR von weniger als etwa 1000 Milliohm (mOhm), in einigen Ausfüh rungen von weniger als etwa 500 mOhm und in einigen Ausführungen von weniger als etwa 100 mOhm. Der äquivalente Reihenverlustwiderstand (ESR) eines Kondensators kennzeichnet im Allgemeinen das Ausmaß, zu dem der Kondensator beim Laden und Entladen in einem elektronischen Schaltkreis wie ein Widerstand wirkt, und wird üblicherweise als ein Widerstand in Reihe zum Kondensator ausgedrückt. Darüber hinaus kann der sich ergebende Leckstrom, der sich im Allgemeinen auf den Strom bezieht, der von einem Leiter zum benachbarten Leiter durch einen Isolator fließt, auf relativ niedrigen Niveaus gehalten werden. Zum Beispiel beträgt der numerische Wert des normierten Leckstroms eines Kondensators nach der vorliegenden Erfindung in einigen Ausführungen weniger als etwa 0,1 μA/uF·V, in einigen Ausführungen weniger als etwa 0,01 μA/uF·V und in einigen Ausführungen weniger als etwa 0,001 μA/uF·V, wobei μA für Mikroampere steht und μF·V das Produkt der Kapazität und der Nennspannung ist. Desgleichen kann die Durchschlagspannung des Kondensators nach der vorliegenden Erfindung mindestens 10 Volt betragen, in einigen Ausführungen mindestens ungefähr 15 Volt, in einigen Ausführungen mindestens ungefähr 20 Volt und in einigen Ausführungen zwischen ungefähr 20 Volt bis ungefähr 100 Volt.
Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, wenn auf die folgenden Beispiele Bezug genommen wird.
Testverfahren
Reflow/Schnellkochtopf/Reflow-Stabilität
Um die Stromstabilität bei hohen Temperaturen zu prüfen, wurden die Anoden gemäß einem Temperaturprofil beim Reflow-Löten erwärmt (Vorwärmen auf maximal 180°C, Spitze von 250°C bis 255°C und ein Reflow-Gradient von 3,75 bis 4,25°C pro Sekunde) unter Verwendung des Heller-Reflow-Ofens und eines Schnellkochtopfes (120°C, 100% Feuchtigkeit). Genauer wurden die Anoden zuerst gemäß dem Reflow-Profil erwärmt, dann 2 Stun den lang im Schnellkochtopf erwärmt und schließlich wieder gemäß dem Reflow-Profil erwärmt. Der Leckstrom wurde unter Verwendung des Netzteils Hewlett Packard HP6634A und der Leckstrom-Prüfeinrichtung MC157 von Mantracourt Electronics LTD, UK, vor und nach dem gesamten Verfahren bei Umgebungstemperatur 25°C nach 20 Sekunden gemessen.
BEISPIEL 1
80 000 μFV/g Nioboxidpulver (HC Starck) wurden zu Presslingen gepresst und gesintert, um einen porösen Elektrodenkörper zu bilden. Die anodische Oxidation wurde dann bei Umgebungstemperatur in einer wässrigen Lösung ausgeführt, die Phosphorsäure oder Alkylarylsulfonsäure als Trägerelektrolyten und Phosphorsäure mit 1% Polyethylenglycol enthielt. Die anodische Oxidation erfolgte zuerst galvanostatisch bis zur gewünschten Spannung und dann potentiostatisch. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten mit Trägerelektrolyten betrug 4,5 mS/cm. Die Spannung wurde so gewählt, dass eine Kapazität von 100 μF erzielt werden sollte. Nach der anodischen Oxidation wurden die Presslinge mit einer Mangandioxidschicht, einer Graphitbeschichtung und einer Silberbeschichtung beschichtet. Die fertiggestellten Teile wurden mit herkömmlicher Zusammenbautechnik zum B-Gehäuse (EIA 3528) komplettiert. Die Leckstromstabilität wurde dann im Verfahren Reflow/Schnellkochtopf/Reflow getestet. Die Ergebnisse sind in 5 gezeigt.
BEISPIEL 2
80 000 μFV/g Nioboxidpulver (HC Starck) wurden zu Presslingen gepresst und gesintert, um einen porösen Elektrodenkörper zu bilden. Die anodische Oxidation wurde dann bei verschiedenen Temperaturen in einer wässrigen Lösung ausgeführt, die Alkylarylsulfonsäure als Trägerelektrolyten enthielt. Nach der anodischen Oxidation wurden die Presslinge mit einer Mangandioxidschicht, einer Graphitbeschichtung und einer Silberbeschichtung be schichtet. Die fertiggestellten Teile wurden mit herkömmlicher Zusammenbautechnik zum B-Gehäuse (EIA 3528) komplettiert. Die Anoden wurden dann erwärmt und geprüft, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in 6 gezeigt.
BEISPIEL 3
80 000 μFV/g Nioboxidpulver (HC Starck) wurden zu Presslingen gepresst und gesintert, um einen porösen Elektrodenkörper zu bilden. Die anodische Oxidation wurde dann bei Umgebungstemperatur in einer Lösung mit verschiedenen Lösungsmitteln ausgeführt, die Alkylarylsulfonsäure als Trägerelektrolyten enthielt. Nach der anodischen Oxidation wurden die Presslinge mit einer Mangandioxidschicht, einer Graphitbeschichtung und einer Silberbeschichtung beschichtet. Die fertiggestellten Teile wurden mit herkömmlicher Zusammenbautechnik zum B-Gehäuse (EIA 3528) komplettiert. Die Anoden wurden dann erwärmt und geprüft, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in 7 gezeigt.
BEISPIEL 4
80 000 μFV/g Nioboxidpulver (HC Starck) wurden zu Presslingen gepresst und gesintert, um einen porösen Elektrodenkörper zu bilden. Die anodische Oxidation wurde dann bei Umgebungstemperatur in einer wässrigen Lösung ausgeführt, die verschiedene Konzentrationen von Alkylarylsulfonsäure als Trägerelektrolyten enthielt. Nach der anodischen Oxidation wurden die Presslinge mit einer Mangandioxidschicht, einer Graphitbeschichtung und einer Silberbeschichtung beschichtet. Die fertiggestellten Teile wurden mit herkömmlicher Zusammenbautechnik zum B-Gehäuse (EIA 3528) komplettiert. Die Anoden wurden dann erwärmt und geprüft, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in 8 gezeigt.
BEISPIEL 5
80 000 μFV/g Nioboxidpulver (HC Starck) wurden zu Presslingen gepresst und gesintert, um einen porösen Elektrodenkörper zu bilden. Die anodische Oxidation wurde dann bei Umgebungstemperatur in einer wässrigen Lösung ausgeführt, die Alkylarylsulfonsäure als Trägerelektrolyten und verschiedene Polyethylenglycolkonzentrationen enthielt. Nach der anodischen Oxidation wurden die Presslinge mit einer Mangandioxidschicht, einer Graphitbeschichtung und einer Silberbeschichtung beschichtet. Die fertiggestellten Teile wurden mit herkömmlicher Zusammenbautechnik zum B-Gehäuse (EIA 3528) komplettiert. Die Anoden wurden dann erwärmt und geprüft, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in 9 gezeigt.
Diese und weitere Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung können von einem Fachmann durchgeführt werden, ohne dass vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Zusätzlich dazu muss verstanden werden, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungen ganz oder teilweise ausgetauscht werden können. Weiterhin wird ein Fachmann erkennen, dass die oben angegebene Beschreibung nur ein Beispiel ist und nicht mit der Absicht angegeben wurde, die Erfindung einzuschränken, die in den beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6322912 [0021, 0024]
- US 6391275 [0021]
- US 6416730 [0021]
- US 6527937 [0021]
- US 6576099 [0021]
- US 6592740 [0021]
- US 6639787 [0021]
- US 7220397 [0021]
- US 6197252 [0024]
- US 4085435 [0024]
- US 4945452 [0024, 0031]
- US 5198968 [0024]
- US 5357399 [0024]
- US 5394295 [0024]
- US 5495386 [0024]
- US 6191936 [0025]
- US 5949639 [0025]
- US 3345545 [0025]
- US 6674635 [0030]
- US 5457862 [0031]
- US 5473503 [0031]
- US 5729428 [0031]
- US 5812367 [0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Braunquer, Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60, 1938, p. 309 [0022]

Claims

Verfahren zur Bildung einer Anode für einen Elektrolytkondensator, wobei das Verfahren umfasst: Verdichten eines Pulvers, das eine Ventilmetallzusammensetzung enthält, zu einem Pressling; Sintern des Presslings, um einen Anodenkörper zu bilden; und anodisches Oxidieren des Anodenkörpers in Gegenwart eines Elektrolyten, um eine dielektrische Schicht zu bilden, wobei der Elektrolyt ein Netzmittel enthält, wobei das Netzmittel nichtionisch oder anionisch ist und ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Netzmittel anionisch ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das anionische Netzmittel Sulfonsäure, ein Derivat der Sulfonsäure, ein Salz der Sulfonsäure oder eines Derivates der Sulfonsäure oder eine Mischung der genannten Stoffe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Netzmittel nichtionisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Netzmittel ein Polymer ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polymer Polyethylenglycol ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Netzmittel ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Elektrolyt weiter eine Säure enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Säure ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 50 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Säure ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Elektrolyt ein wässriges Lösungsmittel enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anodenkörper durch Verdichten eines Pulvers um einen Pressling zu formen und Sintern des Presslings gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anodenkörper in den Elektrolyten getaucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ventilmetallzusammensetzung Tantal, Niob oder ein elektrisch leitfähiges Oxid davon enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ventilmetallzusammensetzung ein Oxid von Niob enthält, das ein Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 0,3 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ventilmetallzusammensetzung ein Oxid von Niob enthält, das ein Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 0,1 aufweist.
Eine nach dem Verfahren nach Anspruch 1 gebildete Kondensatoranode.
Kondensator mit festem Elektrolyten, der eine Kondensatoranode nach Anspruch 17 und weiter eine Schicht eines festen Elektrolyten umfasst, die über der dielektrischen Schicht liegt.
Kondensator mit festem Elektrolyten nach Anspruch 18, der weiter mindestens eine zusätzliche Schicht enthält, welche über der Schicht eines festen Elektrolyten liegt, wobei die zusätzliche Schicht eine Kohleschicht, eine Silberschicht oder eine Kombination davon umfasst.
Kondensator mit festem Elektrolyten nach Anspruch 19, der weiter einen Anodenleitungsdraht enthält, der vom Anodenkörper ausgeht.
Kondensator mit festem Elektrolyten nach Anspruch 20, der weiter umfasst: einen Katodenanschluss, der elektrisch mit der Schicht des festen Elektrolyten verbunden ist; einen Anodenanschluss, der elektrisch mit dem Anodenkörper verbunden ist; sowie ein Gehäuse, das den Kondensator einkapselt und mindestens einen Teil der Anoden- und Katoden-Anschlüsse freiliegend lässt.
Kondensator mit festem Elektrolyten nach Anspruch 18, wobei die Schicht des festen Elektrolyten ein leitfähiges Polymer enthält.
Kondensator mit festem Elektrolyten nach Anspruch 18, wobei die Schicht des festen Elektrolyten Mangandioxid enthält.